[发明专利]流化床反应器及用于操作流化床反应器的方法

说明书

本发明涉及一种流化床反应器(1)，其包括用于颗粒物质的反应室(2)，反应室(2)具有用于颗粒物质的至少一个颗粒物质入口(3)和用于颗粒物质的至少一个初级颗粒物质出口(4)；以及流化格栅(5)，其具有用于操作流体的多个开口(6)，以使颗粒物质在流化格栅(5)上方流化。

技术领域

本发明涉及流化床反应器，并且具体地，涉及流化设备和用于操作此流化床反应器的方法。下文中的用语，像上、下、水平、竖直、内等总是指流化床反应器的常规使用位置。流化床设备典型地包括流化床反应器，其壁可由管制成，水流动穿过该管，其中所述管直接焊接于彼此以提供壁结构，或者在平行延伸的管区段之间具有翅片/肋。流化床反应器的壁还可由砖制成，或由与管组合的砖制成。

背景技术

流化床反应器包括用于颗粒物质的反应室，其中反应室具有用于颗粒物质的至少一个颗粒物质入口和用于颗粒物质的至少一个初级颗粒物质出口。流化床反应器进一步包括流化格栅作为反应室的底部处的流化底部的部分，其中流化格栅具有用于操作流体的多个开口，以使颗粒物质在反应室内在流化格栅上方流化。

典型地，此类流化床反应器的反应室具有其上端部处的至少一个操作流体出口，其中所述操作流体出口允许从反应室排出的气体和固体颗粒(下文中称为颗粒物质)的混合物流动到至少一个分离器中。

分离器用于使气体和颗粒物质解除接合。此后，分别处理分离的反应气体和颗粒物质。颗粒物质可直接地返回到反应室中。

EP0495296A2中公开循环流化床设备及其构件的大体设计。

该类型的流化床设备的大体工艺工程被或多或少地限定，并且包括：

经由入口开口将颗粒物质提供到反应室中，

通过经由流化格栅在压力下引入的(操作)气体使颗粒物质流化，该流化格栅可包括相应的喷嘴和/或在反应室的格栅区域中的格栅，

最后，经由布置在反应室中或布置成邻近于反应室的传热元件(具体地，传热流体，像水或蒸汽流动穿过的管)传递流化床中产生的能量(热)，或者传递来自离开反应室的反应气体的能量。如果吸热反应将发生，则可经由传热元件向反应室提供热。

取决于提供的操作流体的速度，流化床可实施为静止的、起泡的或循环的流化床。

US2009/0072538A教导，第一流化床设备用作氧化反应器，其中颗粒金属与通过流化格栅提供的氧化剂一起燃烧，并且第二流化床设备用作还原反应器，其中通过经由第二流化床设备的流化格栅提供还原剂来还原颗粒金属氧化物。还原反应器和氧化反应器的组合的该系统用于驱动用于生成电的涡轮，其中产生的二氧化碳在高压下被储存。

此外，已知当存在来自可再生能源的电能的过剩时，以主要包括颗粒金属的颗粒物质的形式储存能量。如果存在过剩，则电解单元利用电能运行以产生氢和氧。氢用于与固体颗粒金属的还原反应，该固体颗粒金属例如通过包括金属(氧化物)的粒状物或丸粒(例如通过铁矿石或铁矿石丸粒)实施。因此处理的(还原的)颗粒金属可作为散装材料储存在料仓、料堆等中。当需要能量时，还原的颗粒粉可被氧化，其中来源于该放热氧化反应的热能可进一步用于加热或产生电能。因此，其中颗粒金属在具有还原反应和氧化反应的闭环中运行的系统是已知的。例如，EP3617591B1建议将反应室和燃烧室靠近电解单元布置，用于在存在电能的过剩时储存电能。WO2021/165441A1甚至建议使用同一流化床设备用于还原反应和用于氧化反应。在许多应用中，期望具有供给到反应反应器中的颗粒物质的良好限定的驻留/反应时间，其可根据过程而变化(例如，在小于30秒与高达2小时之间)。

发明内容

在该背景下，本发明的一个目的在于提供一种流化床反应器和用于操作流化床反应器的方法，利用它们，可在良好限定的驻留时间之后取出颗粒物质而不中断反应过程。